מערכות תקשורת, ויסות ותיאום בגוף האדם

בשיעור זה נבחן כיצד הגוף קולט אותות מהסביבה החיצונית והפנימית, מעבד אותם ומגיב עליהם. הרעיון המרכזי הוא שהפעילות התקינה של הגוף תלויה בתקשורת מתמדת בין מערכותיו, ובמיוחד בפעולה המשותפת של מערכת העצבים ושל המערכת ההורמונלית. תקשורת זו מאפשרת שמירה על סביבה פנימית יציבה, הנדרשת לקיום חיים.

קליטת מידע, עיבודו ותגובה עליו

יכולתו של יצור חי להגיב לשינויים בסביבתו היא אחד המאפיינים הבסיסיים של החיים. שינוי כזה נקרא גירוי, והוא יכול להגיע מהסביבה החיצונית, כמו אור, קול, חום או ריח, או מהסביבה הפנימית, כמו שינוי ברמת הגלוקוז בדם, בלחץ הדם או בריכוז הפחמן הדו־חמצני.

התהליך כולל שלושה שלבים עיקריים:

• קליטה – גירוי נקלט על ידי קולטנים. קולטנים הם תאים או חלבונים ייחודיים המזהים אותות מסוימים. הם מצויים באיברי חוש, כגון עיניים ואוזניים, וכן בתאי חישה – תאים קולטים הפזורים בגוף.
• עיבוד – המידע שנקלט מועבר אל מרכזי הבקרה, בעיקר אל מערכת העצבים המרכזית – המוח וחוט השדרה. שם הוא מפוענח ונבחן ביחס למצב הרצוי של הגוף.
• תגובה – מרכז הבקרה מעביר פקודה אל איברי מטרה, שהם איברים בעלי קולטנים מתאימים המבצעים את הפעולה, כגון שרירים או בלוטות.

חלק מהתגובות הן רצוניות, כמו החלטה להרים יד, אך חלק גדול מהפעולות השומרות על יציבות הגוף מתבצעות באופן לא רצוני. פעולות אלה נשלטות על ידי מנגנוני בקרה פנימיים, ללא צורך בהכרה או במחשבה.

מערכת העצבים: עיבוד מהיר של מידע

מערכת העצבים היא מערכת התקשורת המהירה של הגוף. היא קולטת מידע, מעבדת אותו ומעבירה פקודות אל איברים שונים. המערכת פועלת באמצעות תאי עצב, הנקראים גם נוירונים.

תאי העצב התחושתיים מעבירים מידע מהקולטנים אל מערכת העצבים המרכזית. תאי העצב התנועתיים מעבירים פקודות ממערכת העצבים המרכזית אל תאי מטרה, שהם תאים המגיבים לאות, כגון תאי שריר או תאי בלוטה. כך נוצר מסלול רצוף של קליטה, עיבוד ותגובה.

בתוך תא העצב מועבר האות כאות חשמלי. המעבר בין תא עצב אחד לאחר, או בין תא עצב לתא מטרה, נעשה בדרך כלל כאות כימי בסינפסה. הסינפסה היא אזור המגע שבו מועבר המידע. חומרים כימיים הנקראים נוירוטרנסמיטרים מופרשים מן התא המעביר, עוברים בסינפסה ונקשרים לקולטנים ייחודיים בתא המקבל. הקישור גורם לתגובה בתא המקבל, ולאחר מכן הנוירוטרנסמיטר מתפנה כדי לאפשר ויסות מדויק של האות.

קליפת המוח הגדול, שכבת התאים החיצונית של המוח הגדול, אחראית לתהליכים הכרתיים, כגון חשיבה, למידה, זיכרון, שימוש בשפה ויכולת יצירה. בה נמצאים גם מרכזים המעבדים מידע מאיברי החושים ומרכזים האחראים להפעלת שרירים רצוניים. בגזע המוח, הממוקם בבסיס המוח, קיימים מרכזי בקרה חשובים לשמירה על יציבות הסביבה הפנימית, כגון בקרה על קצב הלב, לחץ הדם, ויסות טמפרטורת הגוף ופעילות איברים פנימיים כמו הלב והריאות.

העברה סינפטית רגישה להשפעתם של חומרים שונים. אלכוהול, סמים ותרופות מסוימים יכולים לשנות את הפרשת הנוירוטרנסמיטרים, את קישורם לקולטנים או את פינוים מהסינפסה. שינויים כאלה עלולים לפגוע בעיבוד המידע, בקבלת ההחלטות ובשליטה בתנועה ובפעילות האיברים.

המערכת ההורמונלית: ויסות באמצעות הורמונים

המערכת ההורמונלית, הנקראת גם מערכת הפרשה פנימית, משתתפת אף היא בקליטת מידע, בעיבודו ובתגובה עליו. היא מורכבת מבלוטות הפרשה פנימית המפרישות הורמונים ישירות אל זרם הדם.

הורמון הוא אות כימי המגיע דרך הדם אל איברים שונים, אך הוא משפיע בעיקר על איברי מטרה שיש בהם קולטנים מתאימים. הקולטנים מזהים את ההורמון ומאפשרים לתא להגיב לו.

בהשוואה למערכת העצבים, התגובה ההורמונלית איטית יותר, אך היא מתאימה לוויסות תהליכים מתמשכים, כגון מאזן המים, רמת הסוכר בדם וגדילה. שתי המערכות אינן פועלות בנפרד; לעיתים קרובות אותה פעולה גופנית מווסתת גם על ידי אותות עצביים וגם על ידי הורמונים.

דוגמאות מרכזיות לפעילות הורמונלית:

• לבלב – הלבלב מפריש הורמונים המווסתים את רמת הגלוקוז בדם. לאחר ארוחה, כאשר רמת הגלוקוז עולה, מופרש אינסולין, המסייע לתאים לקלוט גלוקוז מהדם. כאשר רמת הגלוקוז יורדת, מופרש גלוקגון, המעודד פירוק של גליקוגן ושחרור גלוקוז אל הדם. גליקוגן הוא רב־סוכר המשמש מאגר של גלוקוז בעיקר בכבד ובשרירים.
• היפופיזה – בלוטת ההיפופיזה מפרישה את ההורמון ADH, המשתתף בוויסות מאזן המים בגוף.
• אדרנלין – הורמון המופרש במצבי לחץ או מאמץ ומסייע בהכנת הגוף לתגובה מהירה.

הומאוסטזיס ומנגנוני משוב

הומאוסטזיס הוא היכולת של הגוף לשמור על סביבה פנימית יציבה בגבולות מוגדרים, למרות שינויים בסביבה החיצונית או בפעילות הגוף. הכוונה אינה למצב קבוע לחלוטין, אלא להומאוסטזיס דינמי: ערכים שונים, כגון טמפרטורת הגוף, רמת הגלוקוז בדם ולחץ הדם, נעים סביב טווח תקין ומתוקנים כאשר הם חורגים ממנו.

השמירה על הומאוסטזיס מתבצעת באמצעות מנגנוני בקרה ומשוב. מנגנון משוב שלילי הוא מנגנון שבו התגובה מקטינה את הסטייה מהערך הרצוי. רצף הפעולה הוא: קולטנים מזהים שינוי, מרכז בקרה משווה את המצב הקיים לערך הרצוי, ואיברי מטרה מבצעים פעולה מתקנת. כאשר המצב חוזר לטווח התקין, עוצמת התגובה קטנה.

דוגמאות לוויסות הומאוסטטי

ויסות רמת הגלוקוז בדם הוא דוגמה למשוב שלילי הורמונלי. לאחר ארוחה עולה רמת הגלוקוז, והלבלב מגיב בהפרשת אינסולין. האינסולין מוריד את רמת הגלוקוז על ידי כניסתו לתאים. בצום יורדת רמת הגלוקוז, והלבלב מפריש גלוקגון. הגלוקגון מעלה את רמת הגלוקוז על ידי פירוק גליקוגן ושחרור גלוקוז אל הדם. כך נשמרת רמת הגלוקוז סביב ערך רצוי.

ויסות טמפרטורת הגוף מדגים שילוב של מערכת העצבים ומערכת ההובלה, המורכבת מהלב ומכלי הדם. כאשר טמפרטורת הגוף עולה, מרכזי הבקרה מפעילים תגובות כמו הזעה והרחבת קוטר כלי הדם ההיקפיים. הזעה מאפשרת איבוד חום בהתאדות, והרחבת כלי הדם מגבירה מעבר חום מהדם אל הסביבה. כאשר טמפרטורת הגוף יורדת, מופעלות תגובות כמו רעידות והיצרות כלי הדם ההיקפיים. הרעידות הן כיווצי שרירים המייצרים חום, והיצרות כלי הדם מקטינות איבוד חום.

ויסות קצב הנשימה מדגים קשר בין מערכת העצבים למערכת ההובלה. בזמן מאמץ גופני עולה ריכוז הפחמן הדו־חמצני בדם. שינוי זה נקלט ומעובד על ידי מרכזי בקרה במערכת העצבים, והם מגבירים את קצב הנשימה. בכך מסולק פחמן דו־חמצני עודף ונכנס חמצן נוסף לצורכי התאים.

מערכת ההובלה משמשת אמצעי תיווך מרכזי בתהליכים אלה. הדם מוביל הורמונים מבלוטות ההפרשה הפנימית אל איברי המטרה, ומעביר גם חמצן, גלוקוז וחומרים נוספים הדרושים לפעילות התאים. כך מתאפשרת פעולה מתואמת בין מערכת העצבים, המערכת ההורמונלית ושאר מערכות הגוף.